(57)【要約】【課題】ステアリングコラム周辺の構造に大幅な変更を加えることなく、二次衝突エネルギの吸収量を任意に変更し、かつ磁歪素子を用いて、二次衝突エネルギの吸収量を簡単かつ迅速に変更できるようにした衝撃吸収型ステアリングコラムを提案することにある。【解決手段】車両の衝突時における乗員の二次衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収手段と、該衝突エネルギ吸収手段による二次衝突エネルギの吸収量を変化させるエネルギ吸収量調整手段とを備えた衝撃吸収式ステアリングコラム装置であって、ステアリングコラムと車体メンバとの間に締結部材が配され、該締結部材の変形により、前記ステアリングコラムを前記車体メンバに取り付けるとともに、前記締結部材は、磁歪素子で構成され、該磁歪素子への磁場制御により前記締結部材の変形を調整するようにした。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の衝突時における乗員の二次衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収手段と、該衝突エネルギ吸収手段による二次衝突エネルギの吸収量を変化させるエネルギ吸収量調整手段とを備えた衝撃吸収式ステアリングコラム装置であって、
ステアリングコラムと車体メンバとの間に締結部材が配され、該締結部材の変形により、前記ステアリングコラムを前記車体メンバに取り付けるとともに、前記締結部材は、磁歪素子で構成され、該磁歪素子への磁場制御により前記締結部材の変形を調整するようにしたことを特徴とする衝撃吸収式ステアリングコラム装置。
【請求項２】
前記締結部材には、前記磁歪素子の回りに電磁コイルが巻回され、該電磁コイルに印加される電圧を制御することにより、前記磁歪素子の変形量を制御するようにした請求項１記載の衝撃吸収式ステアリングコラム装置。
【請求項３】
前記磁歪素子は、ＮｉＭｎＧａ合金又はＣｏＡｌＮｉ合金に、希土類元素を添加してなる強磁性形状記憶合金で構成される請求項１又は２記載の衝撃吸収式ステアリングコラム装置。
【請求項４】
前記磁歪素子は、ＦｅＰｄ合金又はＦｅＰｔ合金に、希土類元素を添加してなる強磁性形状記憶合金で構成される請求項１又は２記載の衝撃吸収式ステアリングコラム装置。
【請求項５】
前記希土類元素は、Ｓｍ又はＮｄである請求項４又は５記載の衝撃吸収式ステアリングコラム装置。
【請求項６】
前記磁歪素子は、希土類元素と鉄の原子比を１：２の組成の素子で構成した請求項１又は２記載の衝撃吸収式ステアリングコラム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の衝突時における乗員の二次衝突エネルギの吸収量を変化させるようにした衝撃吸収式ステアリングコラム装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の衝突時には、自動車が他の物体に衝突する所謂一次衝突に続いて、運転者がステアリングホイールに衝突する所謂二次衝突が発生する。近年、このような場合に、運転者の被害拡大を防止すべく、衝撃吸収式ステアリングコラム装置などが広く採用されている。
衝撃吸収式ステアリングコラム装置は、運転者が二次衝突した際に、ステアリングコラムがステアリングシャフトとともに脱落するようにしたものであって、通常、ステアリングシャフトとともに前進することにより、二次衝突による衝撃エネルギの吸収が行われる。
【０００３】
従来より、この種の衝撃エネルギの吸収方式として、アウタコラムとインナコラムの間に介装させた金属球によりアウタコラムの内周面や、インナコラムの外周面に塑性溝を形成させるボール式や、アウタコラムとインナコラムの何れか一方に鋼板などのエネルギ吸収部材を保持させ、何れか他方に保持されたしごきピンなどのしごき手段により、エネルギ吸収部材をしごく、所謂しごき方式が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載されたコラムブラケット曲げ変形式では、衝突エネルギの吸収機構として、ステアリングコラムを車体に保持・固定するためのコラムブラケットに脆弱部を形成し、乗員の二次衝突によるステアリングコラムの前進時に、この脆弱部でコラムブラケットを曲げ変形させる。これにより、二次衝突による衝撃エネルギの吸収用として別途エネルギ吸収部材を設ける必要がなく、構造を簡単にして製造コストを低減させるようにした。
【０００５】
ところが、上記従来のコラムブラケットの曲げ変形式では、曲げ変形荷重は、標準的な体重の運転者が所定の速度でステアリングホイールに二次衝突した際の運動エネルギを基に設定される。すなわち、運転者の体重が標準より軽かった場合や、衝突が設定速度よりも遅かった場合には、衝突に際して運動エネルギが小さくなり、運転者がステアリングホイールに衝突しても、コラムブラケットは曲げ変形しない。その結果、ステアリングコラムは前進せず、衝突エネルギはまったく吸収されず、運転者に大きな衝撃を与える恐れがあった。
【０００６】
そのため、例えば特許文献２には、エネルギ吸収プレートの曲げ変形によって衝撃エネルギを吸収し、吸収プレートの枚数を可変にしてエネルギの吸収量を可変にするようにしたものが提案されている。すなわち、図７に示すように、ステアリングコラム１０１が一対の吸収ブラケット１０２,１０３によって取り付けられ、吸収ブラケット１０３は、両端がそれぞれ車体メンバ１０４とステアリングコラム１０１に固着された２枚の吸収プレート１０５,１０６を重ね合わせて略Ｚ状に形成される。そして、運転者の体重が軽い場合には、図８に示すように、一方の吸収プレート１０５のみをステアリングコラム１０１に固着させ、他方の吸収プレート１０４は固着させない。その結果、衝突時、いずれか一方の吸収プレートしか変形せず、吸収プレートの枚数を可変にして、作動荷重に応じて衝撃エネルギの吸収量を可変にするようになっている。
【０００７】
また、例えば特許文献３には、弾性体の変形を利用して衝撃エネルギを吸収し、弾性体の設計変更によってエネルギの吸収量を可変にするようにしたものが提案されている。すなわち、図９に示すように、コラム側第１ブラケット１５１は、略コ字状の板状部材で形成されるとともに、軸線方向に衝撃を吸収する帯板状弾性体１５２を備える。一方、車体側第１ブラケット１５３は、車体部分に固着され、チルト軸１５４の両端を支持している。そして、ステアリングコラム１５５の軸線方向に衝撃力が作用すると、チルト軸１５４に対して、コラム側第１ブラケット１５１と一体的な帯板状弾性体１５２が軸線方向に前向きに変位する。その結果、帯板状弾性体１５２をチルト軸１５４に達するまでの範囲内で変位させるようになっている。
【特許文献１】特許第２８０９６１８号
【特許文献２】特開２００２−２２５７２８号公報
【特許文献３】特開２０００−１６８５７６号公報
【特許文献４】ＤＥ１００５５１１４Ａ１号公報
【特許文献５】特開２００２−１２９２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記各従来例では、ステアリングコラムの吸収量を決める変形開始荷重の設定に、吸収体のエネルギ吸収構造を大幅に変更する必要があった。すなわち、特許文献２の場合、吸収プレートの枚数を可変にし、また、特許文献３の場合、帯板状弾性体の形状を変更する必要があった。よって、特許文献２や３では、エネルギ吸収構造の変更に伴ってコストが上昇するとともに、変形開始荷重の設定作業が面倒であるとともに、変形開始荷重を連続的に設定することができないという不具合があった。
【０００９】
そのため、例えば特許文献４に示すように、図１０において、クランプ要素として圧電素子を用い、車体側の第１の部品２０１に、ステアリング装置側の第２の部品２０２をクランプ装置２０３によって固定し、クランプ装置２０３を構成する棒状圧電素子２０４に、コイル２０５への電圧を印加することにより、圧電素子を伸張させることにより、第１の部品２０１側に押し付けて固定するようにしたものが開示されている。つまり、第２の部品２０２側の圧電素子２０４の両端を支持する一対のクランプジョー２０６ａ，２０６ｂを両側に押し広げることにより、第１の部品２０１を両側に押し拡げて第２の部品２０２を固定するようにしたものが開示されている。
【００１０】
この場合、圧電素子２０４への電圧の印加量を制御することによって、変形開始荷重の設定を容易に行えるようにするとともに、変形開始荷重を連続的に変化させることもできる。ところが、衝突エネルギ吸収手段として圧電素子を用いても、圧電素子で、０．１〜０．２ｍｍ程度の変位を迅速かつ確実に得ることが難しい。よって、圧電素子を、この種のエネルギ吸収構造に用いても、クランプ要素としての変位や、衝撃に対する吸収応答性が不十分であった。また、本来圧電素子によって発生する応力は小さく、ステアリングを保持するためには、構造的に大きな圧電素子を使用せざるを得ない。
【００１１】
本発明は、これらの課題を解決すべく、ステアリングコラム周辺の構造に大幅な変更を加えることなく、二次衝突エネルギの吸収量の設定を任意に変更し、かつ超磁歪素子を用いて、二次衝突エネルギの吸収量を簡単かつ迅速に応答可能な衝撃吸収型ステアリングコラムを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、車両の衝突時における乗員の二次衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収手段と、該衝突エネルギ吸収手段による二次衝突エネルギの吸収量を変化させるエネルギ吸収量調整手段とを備えた衝撃吸収式ステアリングコラム装置であって、ステアリングコラムと車体メンバとの間に締結部材が配され、該締結部材の変形により、前記ステアリングコラムを前記車体メンバに取り付けるとともに、前記締結部材は、磁歪素子で構成され、該磁歪素子への磁場制御により前記締結部材の変形を調整するようにしたことにより、達成される。
【００１３】
また、上記目的は、前記締結部材に、前記磁歪素子の回りに電磁コイルを巻回し、該電磁コイルに印加される電圧を制御することにより、前記磁歪素子の変形量を制御するようにしたことにより、効果的に達成される。
【００１４】
また、上記目的は、前記磁歪素子を、ＮｉＭｎＧａ合金又はＣｏＡｌＮｉ合金に、希土類元素を添加してなる強磁性形状記憶合金で構成することにより、また、ＦｅＰｄ合金又はＦｅＰｔ合金に、希土類元素を添加してなる強磁性形状記憶合金で構成することにより、そして、前記希土類元素をＳｍ又はＮｄで構成することにより、効果的に達成される。
【００１５】
また、上記目的は、前記磁歪素子を、希土類元素と鉄の原子比を１：２の組成の素子で構成したことにより、効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１６】
以上の次第で、本発明に係る衝撃吸収式ステアリングコラム装置によると、ステアリングコラムを車体メンバに取り付けるための締結部材に磁歪素子の磁場や電場による変形を利用することにより、簡単な構造で二次衝突による衝撃エネルギの吸収量を容易に調整できるようにした。また、磁歪素子の磁場制御により、ステアリングコラムなどの変形開始荷重などの設定が容易に行えるとともに、締結部材に、強磁性形状記憶合金などの超磁歪素子を用いることにより、締結部材の衝突に対するエネルギ吸収の応答性を良好にし、かつ正確にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、一般的なステアリング装置の概略構成を示し、同図において、ステアリングコラム１は、車体側メンバ２にアッパブラケット３とロアブラケット４によって取り付けられ、このステアリングコラム１は、アッパコラム５とロアコラム６とからなる。なお、アッパコラム５には、上端にステアリングホイール２１が連結され、ステアリングホイール２１の中央部にはエアバッグ２２などが格納されている。一方、ロアコラム６は、下端にユニバーサルジョイント２３を介してインタミシャフト２４に連結している。
【００１９】
また、ロアコラム６の内周面に雌セレーションが形成される一方、アッパコラム５の外周面に雄セレーションが形成され、雌雄のセレーションを摩擦係合させる。そして、ロアコラム６の一端部に絞り加工を施すことによって、ロアコラム６をアッパコラム５に固着させるようになっている。よって、ステアリングコラム１に大きな軸方向荷重が作用すると、アッパコラム５を図２矢印方向に移動させて、ステアリングコラム１の係合部における接合を外して、ロアコラム６内にアッパコラム５が格納され、ステアリングコラム１の伸縮によって二次衝撃エネルギを吸収するようになっている。
【００２０】
また、ロアブラケット４は、図３に示すように、車体メンバ２側に形成されたメンバ側ブラケット７と、ロアコラム６側に形成されたコラム側ブラケット８とから構成され、該メンバ側ブラケット７に設けられた締結部材１１によって、コラム側ブラケット８を外側に押し付けることによって、ステアリングコラム１を車体メンバ２に固定するようになっている。ここで、締結部材１１は、コラム側ブラケット８に対して十分な密着性を備え、ステアリングコラム１の剛性を確保できる素材が好ましく、押し付け面にゴムや樹脂などのコーティングを施した金属部材又はバックメタルを用いたゴムや樹脂部品が好ましい。
そして、締結部材１１は、図４に示すように、ステアリングコラム１の軸方向に対して直角方向に延びる軸状の磁歪素子１２と、該磁歪素子１２の両端に設けられた円板状の押圧部１３とを備えるとともに、磁歪素子１２の外周に配された磁界発生用コイル１４を備えている。また、磁界発生用コイル１４には、図示しない外部コントロールユニットによって任意の電流が流され、磁歪素子１２に発生する応力、すなわち押し付け力を自由に制御できるようになっている。その際、磁歪素子１２の両端に配された押圧部１３の平行度を０．２ｍｍ以下にすると、磁歪素子１２の変形により、締結部材１１が作動する場合に寸法誤差による曲げ応力の発生を軽減でき、異常な破損を防止することができる。
また、磁歪素子１２は、図５実線矢印で示す方向に、押圧部１３を介してコラム側ブラケット８に押し付け、ステアリングコラム１を車体メンバ２に固定するようになっている。すなわち、磁界発生用コイル１４への通電によって、磁歪素子１２は、両側に延びるように変形し、押圧部１３を介してコラム側ブラケット８を押し付け、その押し付け力によってステアリングコラム１を車体メンバ２に固定するようになっている。
この場合、図６に示すように、ステアリングコラム１に軸方向荷重Ｌが作用しても、軸方向荷重Ｌが、締結部材１１の押し付け力Ｎによる摩擦力Ｆより小さい範囲内では、ステアリングコラム１は移動せずステアリングコラム１にコラプスが発生しない。一方、軸方向荷重Ｌが、増大して押し付け力Ｎによる摩擦力Ｆよりも大きくなると、ステアリングコラム１は、図５破線矢印に示す方向に移動してコラプスし、衝突エネルギを吸収するようになっている。
そして、磁歪素子１２による押し付け力Ｎは、磁界発生コイル１４への通電量に比例するため、磁界発生コイル１４の通電を制御するだけで、押し付け力Ｎを簡単に変えることができる。すなわち、磁界発生コイル１４への通電量の制御によって、締結部材１１で発生する摩擦力Ｆの大きさを簡単に変更することができる。よって、変形開始荷重の設定が容易になり、衝突エネルギ吸収量を適宜調整することができる。
【００２１】
なお、磁歪素子１２に、８０ｋＡ／ｍの磁界を印加した場合、発生する圧縮応力は、ほぼ６０〜８０Ｍｐａ程度と非常に大きい。すなわち、２０ｍｍ２の面積に、１２００〜１６００Ｎ程度の押し付け荷重を得ることができ、押し付け面の摩擦係数を仮に２にすると、ステアリングコラム１の作動荷重が最大で３２００Ｎ程度になって、この荷重を上限として磁界発生コイル１４に通電する電流値を制御することによって任意の値に設定することができる。また、この作動荷重域は、素子のサイズ、押し付け面の摩擦係数などを適宜設定することによって任意に変更することができる。
【００２２】
また、磁歪素子１２による締結部材１１の押し付け力を測定するセンサを設けることにより、センサからの信号に基づいてコイル電流のフィードバック制御により、押し付け力の制御の精度が向上する。さらに、座席シートなどに運転者の体重などを測定するセンサを設け、運転者の体重や体形の情報に基づいてコイル電流のフィードバック制御によって押し付け力を制御し、ステアリングコラム１の最適な変形開始荷重の設定を容易に調整することができる。
【００２３】
従って、上記実施例では、締結部材１１の磁歪素子１２として、大きな応力を発生することが可能な磁歪素子を用いると、小型の素子で広い範囲の押し付け力を制御することができるので好ましい。すなわち、磁歪素子からなる締結部材１１によって、ステアリングコラム１と車体メンバ２とが取り付けられ、ステアリングコラム１に軸方向荷重が作用しても、その軸方向荷重は、締結部材１１に作用する押し付け力の許容範囲内ではコラプスすることがなく、ステアリングコラム１を車体メンバ２に強固に取り付けることができる。また、事故が発生して、ステアリングコラム１に押し付け力の許容範囲を超える大きな軸方向荷重が作用すると、ステアリングコラム１がコラプスし、二次衝突による衝撃エネルギを吸収することができる。そして、衝撃エネルギの吸収量は、例えば運転者の体重などの不確定要素を考慮し、磁歪素子からなる締結部材１１への通電量を制御することによって簡単に変更することができる。
特に、磁歪素子として、強磁性形状記憶合金を用いると、磁界発生コイル１４への通電に対して、簡単な構造で応答速度の速い締結部材１１を得ることができる。この強磁性形状記憶合金として、ＮｉＭｎＧａ合金やＣｏＡｌＮｉ合金に第４の元素として、或いは、ＦｅＰｄ合金やＦｅＰｔ合金に第３の元素として、４ｆ系希土類元素であるＳｍやＮｄなどを添加したものが用いられる。その場合、磁化の値は、価電子濃度が増加しても一定に保たれるため、双晶変形に要する力が小さく、磁場による双晶変形が可能になり、簡単な構造で応答速度の速い締結部材を得ることができる。その結果、衝突エネルギの吸収量を簡単かつ迅速に変更することができる。
【００２４】
なお、押し付け力の制御は、例えば締結部材１１をバネなどで抑える構造として、そのバネをアクチュエータなどの外部変位機構によって変化させることも可能である。ちなみに、締結部材１１の締結構造の簡略性とコンパクトさとを考慮すると、磁歪素子１２を用いて、磁場による発生応力を利用する方が好ましい。
なお、締結部材１１の磁歪素子１２として、例えば任意の希土類元素Ｒと鉄Ｆｅの原子比が、１：２（ＲＦe２）からなる組成の素子も知られていて、代表的には、Ｔｂ０．３Ｄｙ０．７Ｆe２がある。なお、磁歪材料は、この他に、ＴｂｘＤｙ（１−ｘ）Ｆｅｙ（ｘは０．３〜０．４であり、ｙは１．９〜２．０）の組成を有するものも望ましい。
また、磁歪素子１２は、単結晶のものでも、焼結体のものでもよく、成形性やコストなどを考慮すると、例えば特許文献５に開示されるような、粉末焼結によって得られるものが好ましい。ただし、焼結体の磁歪素子を用いる場合、気孔率が１０％以上になると、内部酸化によって著しく機能が劣化するため、空孔率は１０％以下か、特に５％以下にするのが好ましい。また、空孔は、応力集中源となり、素子強度を著しく減少させるため、部材の表面部の最大空孔径は、５００μｍ以下が好ましく、２００μｍ以下にするのがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る衝撃吸収式ステアリングコラム装置を備えたステアリング構造を示す概略側面図である。
【図２】図１のステアリングコラムがコラプスする状態を示す説明図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】ステアリングコラムを車体メンバに取り付けるための締結部材の概略構造を示す説明図である。
【図５】ステアリングコラムがコラプスする状態を示す説明図である。
【図６】ステアリングコラムの軸方向に荷重が作用した場合の締結部材に作用する力の状態を示す説明図である。
【図７】従来の衝撃吸収式ステアリングコラム装置を示す側面図である。
【図８】図７の衝撃吸収式ステアリングコラム装置で衝撃を吸収する状態を示す説明図である。
【図９】従来の他の衝撃吸収式ステアリングコラム装置を示す側面図である。
【図１０】従来のさらに他の衝撃吸収式ステアリングコラム装置の要部を示し、締結部材に圧電素子を用いた場合の図である。
【符号の説明】
【００２６】
１          ステアリングコラム
２          車体メンバ
３          アッパブラケット
４          ロアブラケット
５          アッパコラム
６          ロアスコラム
１１          締結部材
１２          磁歪素子
１３          押圧部
１４          磁界発生コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005035376.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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